Определение содержания серы в минеральной массе для прогноза опасных свойств угольных шахтопластов

Введение. Сера присутствует в органической и минеральной части всех видов твердого топлива, причем от ее содержания зависит проявление опасных свойств шахтопластов. В связи с этим не теряют актуальность научные изыскания, связанные с определением количества серы в ископаемом топливе. Содержание общей серы и ее разновидностей изучалось в большинстве случаев с позиций эффективности процессов переработки топлива, качества и экологической безопасности угольной продукции. Меньше внимания уделяли проявлению опасных свойств шахтопластов, прогнозированию и разработке профилактических мероприятий по предотвращению эндогенных пожаров в угольных шахтах. Цель представленной работы — создание инженерного метода расчетного определения элементного содержания серы в минеральной массе углей для прогноза опасных свойств шахтопластов.

Материалы и методы. По результатам корреляционного анализа установили, каким образом содержание серы в горючей части топлива зависит от общей серы. Рассмотрели данные по углям практически всех шахтопластов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Представили соотношения зольности пластовых и обогащенных проб, а также сведения о содержании общей серы и серы в горючей части. Это позволило расчетным путем оценить содержание серы в минеральных примесях. Исходные данные для разработки метода взяли из справочно-нормативных документов.

Результаты исследования. Рассмотрены семь совокупностей, которые включали от 149 до 1827 шахтопластов. По каждой обобщили справочные и расчетные данные:

- содержание серы — общей (S_t^d) и в горючей части топлива (S_г);

- условные точки для корректировки показателей во избежание получения отрицательных усредненных значений; - эмпирические уравнения, которые описывают расчетные и скорректированные зависимости по соотношению S_t^d и S_г;

- корреляцию этих показателей;

- диапазоны изменения выхода золы.

Все эти сведения представлены для обогащенных и не обогащенных углей, для выхода золы более и менее 10 %. В одном случае отмечены удовлетворительные результаты определения расчетного содержания серы в условно негорючей массе. Это совокупность из 149 шахтопластов. Для 13 из них разность показателей (S_t^d – S_г) больше или равна нулю. Для 136 — меньше нуля. Для 81 содержание серы в условно негорючей части топлива S_н меньше нуля. При этом отмечается достаточный уровень корреляции (0,79) и ограниченный диапазон изменения выхода золы (2,4–10). Соответствующее этой совокупности эмпирическое уравнение рекомендуется для прогноза опасных свойств шахтопластов с выходом золы менее 10 %.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты можно использовать для совершенствования нормативных документов по безопасному ведению горных работ с учетом содержания серы, как в органической массе, так и в минеральных примесях ископаемого угля.

1. Авгушевич И.В, Сидорук Е.И., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. Москва: Реклама мастер; 2019. 576 с. URL: https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-standmethodsoftestcoalsavg2019.pdf (дата обращения: 11.11.2023).

2. Двужильная Н.М., Егоркина В.М. Справочник по качеству каменных углей и антрацитов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Москва: Недра; 1972. 168 с. URL: https://drive.google.com/file/d/1URCq6AD_ArlW8cV0Y2X35FYSl4_LSD5A/view (дата обращения: 11.07.2023).

3. Коткин А.М., Ельяшевич М.Г. (ред.). Справочник по качеству и обогатимости каменных углей и антрацитов Украинской ССР (Донбасс в границах УССР, Львовско-Волынский бассейн). Т. 1. Характеристика качества каменных углей и антрацитов Украинской ССР. Москва: Недра; 1965. 204 с.

4. Греков С.П., Пашковский П.С., Орликова В.П. Тепловой эффект окисления углей и эндогенная пожароопасность. Уголь Украины. 2014;(10):46–50.

5. Стадников Г.Л. Самовозгорающиеся угли и породы, их геохимическая характеристика и методы опознавания. Москва: Углетехиздат; 1956. 478 с.

6. Руднєв Є.С, Гальченко В.А., Філатьєва Е.М., Антощенко М.І. Cірка у викопному вугіллі як фактор прояву небезпечних властивостей шахтопластів. В: Збірник наукових праць. Вісник Криворізького національного університету; 2021. С. 21–28.

7. Греков С.П., Всякий А.А. Влияние содержания серы в углях на вероятность их самовозгорания. Уголь Украины. 2014;(4):18–21.

8. Руднєв Є.С, Антощенко М.І., Філатьєва Е.М., Романченко Ю.А. Про вплив мінеральних домішок на виявлення небезпечних властивостей вугільних шахтопластів. Вісті Донецького гірничого інституту. 2021;2(49):85–95. https://doi.org/10.31474/1999-981X-2021-2-85-95

9. Буковская М., Буковский П. Изменение свойств углепородного массива и возникновение опасных природных явлений при затоплении выработок закрытых угольных шахт. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021;(5):56–70. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20210506

10. Meng Wu, Jian Shen, Yunhu Qin, Yong Qin, Xiaoqing Wang, Shifei Zhu. Method of identifying total sulfur content in coal: geochemical and geophysical logging data from the Upper Paleozoic in North China. ACS Omega. 2022;7(49):45045–45056. https://doi.org/10.1021%2Facsomega.2c05459

11. Anubhav Shukla, Anup Krishna Prasad, Sameeksha Mishra, Arya Vinod, Atul K Varma. Rapid estimation of sulfur content in high-ash Indian coal using mid-infrared FTIR data. Minerals. 2023;13(5):634. https://doi.org/10.3390/min13050634